大兴矿井采区设计方案改革与合理集中生产.pdf

辈 3删 1 9 9 9 q - 6 7 7 二 一7 ’ 大兴矿井采 区设计方案改革与合理集 中生产 习云 廷董 永 夏巩 军 伟张 文 军张 景 奇 ，， r ； 兴矿 铁法 1 1 2 7 0 0 一 b u 摘要舟 绍了大 井采 区设计方 案改革与合理集 中生产的经验。 关键词采 匪 改革 集 中生产 铁 法 煤 田为 中生代 晚 抹 罗纪 全 隐伏 煤 田。大 兴 井 田位 于 铁 法 煤 田 西 南 部 ． 南 北 走 向 长 6 4 k in、东 西 倾 斜 宽3 ． 2 k m、面 积 2 0 ． 4 8 k in2 探 明地 质储 量 7 0 5 4 4 ． 9万 t ． 工 业 储量 6 8 8 4 7． 7万 t ， 第 一水平 一6 0 0 m 以上 工业储 量 2 0 6 0 3 6万 t ， 1 9 9 7年 末保 有储 量 6 6 4 4 6． 9万 t 。 大兴 矿 井 1 9 8 0年 1月开 始 建设 ， 1 9 9 0 年 1 1月投 入生产， 设计生产能力 3 0 0万 t ／ a ， 1 9 9 8年实际 生产 能力 2 7 7万 t 。该矿井开 拓 方式为竖井 多水平 分 区式开拓 、 分区式通 风， 采煤方 法为 走 向长 壁 、 倾 斜长 壁综 合机械 化 开采 ． 采空区处理为 自然垮落， 采 区和大巷均 采 用 带 式 输送 机 运 输， 主 井 最 大 提 升 能 力 6 2 6 ／ h ， 年提升能力 4 5 7万 t 。第一水平 标高 设 在 一6 0 0 m， 原 则 上 主 要 用 以 开 采 上 含煤 段 煤层， 第 二水平 标高设 在 一8 0 0 m， 原 则 上主 要用 以开采下 舍煤段 煤层 ， 第 一水平 服务 年 限 3 6 ． 4年， 第二水平服 务年 限 5 3 ． 1年， 全矿 井服务年限 8 9 ． 5年。 1 原采区设计方案 1 ． 1 地 质依 据 收 稿 日期 1 9 9 8 ． 1 1 - 2 7 沈阳煤 矿设计院 曾 4次编 制过 大兴 竖井 初步设计 ， 1 9 8 7年 2月完成 大兴竖 井修改初 步设计 。修 改的地 质依据 为， 辽 宁煤 田地质 局 1 0 1 勘探 队 1 9 8 5年 6月提 出的大兴 井 田 精查 补 充 地 质勘探 报告 。该 报 告认 为 大 兴井 田总体 构造 形态 为一 NNE向的 向斜 盆 状构造． 向斜轴在南 、 北两 端抬起 。地层倾角 北 翼 5 。 、 南 翼 2 0 ’ ～3 2 、 东 翼 9 。 、 西 翼 4 。 。 断 层发育． 累计 3 6条， 其 中井 田边 界断 层 9条 ， 井 田内断层 2 7条 ， 断层密度平均每平方千米 1 ． 7 6条。按 断 距 分 类 ， 断 距 大 于 5 0 m 的 9 条 F 2 、 F 3 、 F 】 、 、 3 、 F 4 5 、 F 5 5 、 F 5 6 、 F 5 ； 断 距 3 0～ 5 0 m 的1 6条 F l 5 、 F l 6 、 F m F F 3 9 1 、 F 4 0 、 l 、 F 4 F 4 7 、 F 4 B l 、 F { 9 、 F 5 F 5 l 、 2 、 F 5 9 ； 断 距 小于 3 0 m 的 1 l条 ； F i 、 F 3 1 、 F 3 9 、 F 3 9 2 、 F 4 3 1 、 F | 4 、 F 4 7 l 、 F 4 8 、 F c 3 、 F 。火 成 岩侵 入 频 繁， 产状 复 杂， 对 煤 层煤 质破坏严重 。2 0 2个 有效钻 孔见火成 岩 者 1 5 7个， 占钻孔 总数 的 7 8 ％， 水 文地 质条 件简单， 直接 充水含水 层水 的 来源主要 靠 上 部微弱含 水层的 做弱垂 直渗 透 补给 ， 断层 导 水性 和含水性 极 其微弱 ， 地 表 水与地 下水 无 水 力 联 系。 第 一 水 平 正 常 实 测 涌 水 量 为 9 5 5 m ／ h 。煤 系地 层阜 新组 J 3 f 共 舍 1 4十 - 维普资讯 独立可采煤 层． 自上而 F分 为 4 5个煤 分 层， 其中上 岔煤段 23 、 42 、 72 、 8 、 9煤层 及 下 含煤 段 1 2 、 1 3 、 l 4一l 、 l 52 、 1 6煤 层 全 井 田普 遍 发 育 ， 为 主要 可 采 煤 层 1 ． 2 设 计方案 大 兴竖 井修 改初 步设 计共提 出两套采区 划分方案 。划分 的 主要 原 则是 ① 尽量 利用 断层作为上 、 下部 自然边界 ； ② 尽量减 少初期 巷道 工程量 ； ③ 适合综采 、 综掘要求 发育 ， 瓦斯涌 出量大． 煤层 自燃 甥短 的特 点， 第一 水 平 共 戈 Ⅱ 分 l 5个 采 区， 采 区 走 匐 长 1 0 0 0 1 2 0 m， 倾 斜 宽 8 0 0- - 1 l O fJ m 第 2方 案 为 适 应 综 果 、 练 摇 的 要求 ， 减 少综 采设 备搬 家次 数， 适当加大采臣 ￡ R 、 第 一 水平共 划分 l 3个采 区。五 z 翼采 区走 向 妊 J 7 0 0～ 2 K O m、单 翼 采 区 走 向 长 7 { 】～ l O 0 0 m， 倾斜宽 1 O O O～1 5 0 { m。 设计 采 用 第 2方 案， 采 区 自然边 界 1 4 第 1方 案 考虑 井 田内断层较 多， 火成 岩 条 ， 人为技术边界 6条， 采 区特 征见表 1 。 表 l 大 兴矿井 原采 区特 征 初期南一 、 南五 、 北一 、 北 二 4个 采 区均 布设于主、 副 井和南风 井工 业广场安 全煤桂 附近 ， 采用采 区前 进的 方式逐 渐 向井 田边 界 推进 矿 井移 交 生 产 采 区为 南 一和 南 五 采 区， 南 一采 区装备 1 个综采工作 面， 南 五采区 装备 2个综采 工作 面， 移 交时 的总生 产能 力 为 1 8 0万 t ／ ‰ 矿 井达 产 时 为南一 、 南 五 、 北 一 、北二 4个采区 除北二 采区为倾斜长 壁回 采外 ， 其余 3个采区均按 走向长壁 回采布 北一采 区装备 2个高 挡普采 工作面 ， 北 二 采 区装 备 1个 综 采工 作 面， 4个呆 区全部 投产 时 ， 即达到 3 0 0万 t ／ a的矿井设计生 产能力 4 2采 区的重 新 划 分 2 ． 1 构造变化 根据 l O年 的矿井 建设 和 8年的 生产 实 践 经验 通 过 查阅前 人研 究资料和 断层 组 台 依据 ． 结台铁法煤 田总体构造 形态， 借鉴相 邻 大隆 和晓南 井 田的生产 实 见， 经 过全面 分析 印 系统研 究， 对 大兴 井田地质 构造 特 汪提 出 了几 点新 的认 识 1 勘探部1 1 4 违反大兴井 田地 层倾斜 规律的异常 现象 全部 应 用断 层解 释是 十分 片面的 ， 也不符合客观实际情 况。 2 应用褶皱 构造 成功解释煤 岩层产状 维普资讯 异常变化的经验 ． 打 破 了勘 探部 门惯 用 断层 解释地 层产状 变化的 传统 疗法， 符 合 大兴 井 闭煤 层赋存的实际情况 。 3 Fl l 、F r ． q j 、F” 2 、FJ 【 、 F _ 1 l 、 F J 4 l 、 、 F 4 7 l 、 F 、 F | l 、 F 、 8 等 l 3条断层依据不足， 应于 否定 。 4 F 4 。 与 应 台并为 1条断 层． 即 F J 断层 ； F 应分解 成 3景平行 斜 列 的断 层， 即 F 3 5 、 s ． 1 、 F 2 『所层 ； F 与 F d { 走 同近 于平 行 ， 而 不是 直交 。 5 F 3 断层走向北删增 延 3 2 0 m F l 断 层走向南侧 缩短 3 0 0 m； F 断层 走 向北侧 增 延 3 0 0 m； F d 4 断层 走向两端 各缩 2 0 0 m； F s 9 断 层走向增 延 2 3 0 m F 6 3 断层 走 向 延伸 南 删增 延 1 7 0 m、 北侧增 延 5 0 0 m。断 层 沿顺 斜方 向 的位移变 化相对较 小， 为 0～2 0 0 m。引起 这 种变化 的主要 原 因有二 一是 对 断层 切割 关 系和落差变 化规律认 识 不清 ， 造成 了断 层 走 向方 向的距离伸缩 ； 二是 由于 真、 伪倾角不分 和 伪顺角偏大 ， 导致 了断层 倾斜方 向的位 趾 变化 6 断层性 质均 属 斜交 正 断层， 倾 角多 为 4 5 ～5 5 ， 一般 5 O 。落 差沿 走 向变化 ， 每 1 0 0 m 降低 3 5 ～6 ． 5 m， 一般 5 m 左右 7 断 层 不 含 水 、 不 导 水 大 多 数 断 层 面呈光滑 曲面 ， 没有或 少有 断层 破碎带 断 层附近派生小 断层 比较 发 育， 牵 引现 象 表现 明显 。 对上述断 层 的否 定 、 合 并、 分 解 除 凡 、 F 4 ． 、 F - 等 4条断 层 没 有实 见点 之外 ， 其余 l 5条断 层全 部经过 井巷工 程实 见 点的 验 证 ， 是 完全 正确 的 。 断 层 的 否 定 和 减 少 ， 使 原来被 断层所分隔 的各条带煤 层连 成 一 片， 扩大了可采 煤层的 有效 面积， 为重 新划 分采 区和长远规划提供 了可 靠地 质依据 2 2采区划分 随着采掘 { 彳 L 械化 程度 的不 断提 高， 大 功 率 、 大采高采爆讥组的普遍 应用． 原有 的小 采 压 、 小工 作面的设计方 案． 由于练采设 备搬家 频繁、 生产能力受到 限制 ， 综机效能不能充舒 发挥、 生产成 本高 、 效率 和 回采率低 等原因 ， 必将被大采 区、 大 工作丽 的发展趋势 所取代 ． 因此， 取 消 原 采 区， 重 新划 分 新 采 遁势 在 必 行 铁法矿 务局于 1 9 9 5年 2月 2 1口以铁煤 生 字 1 9 9 5 6 6号 文 正 式 批 准 大 兴 矿 提 出 的 采区划分新方 案。该方 案将 原设计 的 1 3个 采区． 重 新划分 为 9个 采区， 原南二 采区除南 部划为南五采 区外 ． 其余 部分构 成新 的南二 采区。原南三采 区一分 为二 ， 北 部划为 南 一 采区． 南部划 归南五采 医， 原南 四采区整 体划 归 南 五 采 区 原 南 六 采 区 改 为 新 的 南 四 采 区 ， 原 南七 采 区 改 为 新 的 南 三 采 区 。 原 北 一 和 北三 采区共 同构 成新 的北一 采 区． 原 北二 和 北 四 采 区 构成 新 的 il l s _ 采 区 。原 北五 采 区 改为新 的北 三采 区， 原北 六 采区改 为新 的北 四采 区。新方 案的采 区 自然 边界 9条 人 为 技术边界 4条 北 三采区与 北四采区的 自然 边界 ， 由 于 F | 断 层 的 否 定 应 改 为 断 层 采区特征见表 2 3合理 集中 生 产 3 ． 1 工作 面集中生产 1 跨采 区边界断层布置综采工作面。 根据断层落差 大 小， 跨 断层 后工 作面 范 围、 经济可采 储量 、 采掘难 易 程度 等 因素， 固 地制 宜， 不 失时机 的选 择有 条件 的地 质块段 ， 跨断层布髓 练 采工作 面， 将 会大 大减 少地 质 损失， 提高资源 回收率 减少 开拓和准 备巷道 工程量 ， 降 低 万吨掘进 率 。S VW4 0 8综 采工 作面就是其 中 的典 型 范例 之 一， 该 工作 面东 侧 为 8 断 层， 预 计落 差 1 1 m。F 3 东 为南 一 采区孤立块 段 ， 采此块段 的唯 一途径 就是 利 用 S VW4 0 8工作 面上 、 跨 越 F 断层 布置 工作面 ， 除此而 外， 这 一块段 将 无法 采 出， 永 远变成呆滞煤量 。经过对 比分析， 跨越 F 1 断 - 5 维普资讯 表 2 大 矿 井新 采 区特征 层统一布置 S VW4 0 8工作 面不 仅技术可 行， 而且经济合理 该面 采出煤量 总计 为 5 O ． 7 4 万 t ， 其 中 F 3 8 以 酉为 2 3 ． 8 4万 t ， F 3 8 以 东 为 2 6 ． 9 0万 t 跨 断 层 后 多采 2 6． 9 0万 t 煤 炭 的直接经 济效益 为 1 0 7 6万 元。N1 7 1 l工作 面跨越 F n l _ 【 断层 后多采煤 量 1 { 】 ． 2 4万 t ， 创 经 济 效 益 4 0 9 ． 6万 元 。 2 跨采区人为边界布置 综采工作 面， 例如， s 1 7 0 3工 作面走 向长 1 6 5 0 m， 面 长 1 8 0 m， 工 业 储 量1 9 6 ． 0 2万t ，可 采 储 量 1 6 4 ． 6 6万 t ， 采 区 回 采 率 8 4 ． 2 ％ 。该 面 布 置 就是通过跨越 南一和北一 采区人为技术边界 实现的～从煤 层赋 存条件 、 R 断层和 火成 岩 侵 影响程 度 圈定 的适合 综采 的范 围来看 ， s 1 7 0 3工 作 面 北 部 的 北 一 采 区 72煤 层 只 能 布置一个综采工作面。若用北 一采区生产 系统 采此块段 ， 刚需 要 多迭 8 0 0 m准备 巷道 多留 9 ． 5 1万 t 采 区和 巷道保护煤柱 ； 若用 南 一 乐 医生产 系统采此 块段， 只需 将 S 1 7 0 3工 作面上， 跨栗 区人为技术边界 向北 延伸， 即 可 达引 目l钓 其 优 点在 于 少送 8 0 0 m 巷 道， 多 果 9 ． 5 1万 t 煤 炭． 提高资源 回收室 2 、 1个百 分 电， 延长 系统简单 、 安全可靠的南一采 区服 务年限 2 1年 3 提 高机 械化程度， 增大 工作面尺 寸一 大 兴矿练采设 备的发展经过 丁投产初期 的 l s 3 ． 3 4 0型 采煤 机 、 S GW一 2 5 0型输 送 机 、 6 B C 4 0 0 1 7 ／ 3 5型 液 压 支 架 到 近 几 年 的 MG一 3 0 0 x 2 W 型 采煤 机 、 s Gz 07 6 4 ／ 3 2 0型 输送 机、 B C 4 0 0 1 7 ／ 3 5型 液 压 支 架 以 及 现 在 的 MG 23 0 0 GW 型采煤机 、 S GZ 一 8 3 0 ／ 6 3 0型输 送 机 、 Z Z 5 6 0 0 2 5 ／ 4 7型 液 压 支 架 等 3个 阶 段 ， 特别是现 行 的 日产 7 0 1 0 t的大功 率综机 装备 ， 极大的提高 了工作 面回采进 度 和单产 产量。工作面规 格尺寸 已由过 去的 走向 5 0 I 一 1 2 1 1 m、 面 长 1 1 1～ l 5 0 m 发 展 到 现 在 的 走 向 1 1 1 1 ～l 8 5 0 m、 面 长 1 6 1 ～ 1 8 1 m． 极 大 的 减 少了工作面 个数。 3． 2 采 区集 中生产 i 跨越采区边界断层 实现采 区联 合生 产 ， F J 断层勘探落差为 2 O ～3 0 m， 北 二 与北 三 采 区的 自然境 界为 F d 断层。矿 井地 质 人 员经过认真慎重 的分析研 究， 预计 F J 落 差为 1 0 --1 5 m。根 据这 一 落差 变化 ， 结 台北二 与 北三采区煤 层东西倾 斜 的嗽 存形态 ， 将北 二 采 医回 风 和 运 输 中 巷 按 5 。 下 坡 向西 延 忡、 掘 2 0 m岩石就可进 入煤 层， 沿煤 层正常施工． 直 接形成北三采 区的通 风和运 输 系统。这种跨 断层联合布 方案， 直接 减少 北三 采 区 圜风 石门 8 5 0 m、 输送 机道 9 5 0 m、 材 料上 山 4 l 】 n 1 以及 1台 2 m绞车和相应的辅助材 料。 2 跨越 采区人为 边界进行 采区联曹生 产 。 维普资讯 对南二采区的开拓布 趾． 早在 l 9 9 5年就 曾考虑利用 南一 采区生产乐统进行 开采 。这 一 方案 的主要缺 是 ， 需要 穿过落 差 4 0 m 的 F J 断层， 施工岩石巷道 2 2 I m， 而且 系统相 对 复 杂 但 当南 五 采 区 西翼 运 输 和 西 风 中 巷形 成之后 ， 这 种状 况就 得到 了根 本改 变 只要 将南五西翼 的两 条煤 层中巷， 沿 F 4 断层走向 继续 向北延伸 ， 就可不掘岩石， 形 成南二采 区 倾斜长壁开采的生 产系统 ， 倾斜 长度 为 l 0 0 0 ～ 1 l O O m。应用 S VW4 1 3工 作面 作为南 四采 区回风 中巷 先 采 南 四采 区、 后果 S VW4 1 3 工 作 面 ， 再 将 南 五 西 短 皮 带 道 沿 42煤 层 向西 延 伸 6 5 m 就 可 直 接 形 成 南 四 采 区 走 向 长壁开采的生产系统 走 向长 度为 1 6 0 0 m。 3 对北 二采 区采煤方法的改革。 北二采 区首 采 42煤 层原设 计方 案采 用倾斜长壁采煤方 法 工作 面倾 斜长 3 7 0～ 6 1 0 m， 面长 1 5 0 m， 采 区 内可 以布置 1 0个 工 作面， 累计采 出煤量 为 4 0 3 t l 5万 t ， 准备巷道 工程量 3 8 7 0 m， 回采巷道工程量 1 3 7 7 0 m． 万 t 掘 进率 4 3 ． 7 7 m／ 万 t 。 矿 井投 产 以 来 ， 针 对 北 二 采 区 4 2煤 层 的开拓布 署曾经 多次提 出修改 方案． 多 次论 证 、 多次改动、 多次反 复， 最 终还 是 确定并 实 施 了 走 向 布置 方 案 。该 方 案共 布 趾 3个工 作 面 ， 走 向长 1 4 5 0 ～ 1 8 5 0 m、 面 长 1 6 0 ～ 1 8 I m， 累计 采出煤量 4 2 8 ， 8 7万 t ， 准 备巷道工 程量 8 7 0 m． 回采 巷 道 工 程 量 1 0 8 8 0 m， 万 吨 掘进 率 2 8 ． 2 6 m／ 万 r 。对 比两种 不 同采 煤方 法 的主 要经 济技术指 标， 就不 难 发现走 向布避方 案 比 顺斜 布氍 方 案 多采 煤 量 2 5 8 2万 【 ， 少掘 巷 道工程 量 5 5 2 1 m， 降 低万 t掘进 率 1 5 5 [ m／ 万 1 ， 减少综采设 备搬 家次 数 7次 显 然， 走 向布霞比倾斜布 更经济 、 更台理 4结 矗 1 随着地质工 f 的加强和研 究程 度的 探 八， 进一步 提 高了大兴 井 田掏造 规律 的 认 识程度和控制 程度 这 对 优化设 计 方案 ， 指 导施工生产奠 定 了 良好基 础， 提供 I 7 可 依 据 。 2 大兴矿综采工作 面的生 产能 力已碗 9 0 1 t 纪 录 ， 为充 分 挖 掘 潜 力， 不 断 提 高 单 产． 笔者建议 进一步合并采区． 将 大 矿井第 一 水平 观 有 的 9个 采 区再 次重 划 为 6个 采 区 ， 即 北 一 、 北 二 、 北 三 采 区 和 南 一 、 南 二、 南 三采 区。北一 、 南一和南 三采区编 号不变， 北 三采墨划归北 二采 区， 利用北 二采 区 生产 系 统 ， 南二和 南四采区公用南五采区生产 系统， 形 成 新 的 南 二 采 区 ， 北 四 采 区 改 为新 北 三 采 区。这种新的采 区改革方 案． 使原设 汁的 1 3 个采 区减至 6个采 区， 减 少 了 7套采 区生产 系统及其相应 的提升 和运 输设备 ， 节 省岩巷 6 5 5 0 m、 煤巷 3 9 3 0 m。按 大兴 矿煤 岩巷 平 均 成本 2 5 0 0元／ m 计算， 1 0 4 8 0 m 巷道就可直接 节约 2 6 2 0万元。而且由于简化采区系统． 减 少生产环节 即减少了盏接 生产人 员， 又消除 了不安全 隐患 。同时 ， 第 一水平 的 采 区改革 方案还将对深 部第二 水平 的开拓 延伸 、 采 区 布 置 和 采 区划 分 产 生 积 极 的 深 远 影 响 。 3 依靠 科技进 步， 不 断 发展练 采 一次 采全高技术， 不断改进开拓布 署， 正确选择采 煤方法． 适应机械化 发展需要 ， 充分发挥机械 设备效能， 实 现采 区和工 作面 的合理 集 中生 产． 是 垒而提 高矿 井综 台生产 能力和 综 合经 济效益的根本途 径 也是 建设 高产高 效 矿井 的 必 由之 路 。 4 地质和设计人 员要经常 及时的 交换 意见， 要有 合理集 中生 产的潜 在意 识。地 质 人最必须熟 悉设计 意 图， 设计 几 员必 须 掌握 地质资料， 二 者 只有 密切 结合 、 通 力协 作， 立 足当前 、 着眼 长远 ， 纵观全局 、 统 一布 署， 才能 提出各项 经 济技 术 指标 最 为 优 秀 的设 计 方 案 最大 限度 的减少 各种 可能 发生 的设 计失 误， 提高 设计 质量和成功率 ． ，1， 维普资讯